《過(guò)程控制及儀表》教學(xué)大綱

《過(guò)程控制及儀表》教學(xué)大綱課程編號(hào)：13180335英文名稱：ProcessControlandInstrumentation學(xué)分：3學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)56學(xué)時(shí)，其中理論40學(xué)時(shí)，實(shí)踐16學(xué)時(shí)先修課程：傳感器與檢測(cè)技術(shù)，自動(dòng)控制原理，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程類別：專業(yè)方向選修課程授課對(duì)象：自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：機(jī)械與電氣工程學(xué)院修讀學(xué)期：第6學(xué)期一、課程描述和目標(biāo)本課程是自動(dòng)化專業(yè)智能儀器方向課，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性。課程由過(guò)程儀表應(yīng)用設(shè)計(jì)與過(guò)程控制理論分析兩部分組成，其中過(guò)程儀表包括溫度、壓力、流量和物位等過(guò)程參數(shù)的檢測(cè)與變送原理，以及調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整和執(zhí)行器結(jié)構(gòu)和組成原理；過(guò)程控制包括建立單回路控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和控制方案設(shè)計(jì)；串級(jí)控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)、復(fù)雜系統(tǒng)（如前饋控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、選擇控制系統(tǒng)等）分析和設(shè)計(jì)。通過(guò)學(xué)習(xí)過(guò)程控制儀表的基本原理、過(guò)程控制的基本理論，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)態(tài)度和綜合職業(yè)能力。根據(jù)課程體系要求以及對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，本課程的課程目標(biāo)如下：課程目標(biāo)1：能夠分析過(guò)程檢測(cè)參數(shù)的原理，根據(jù)工藝要求確定合理的參數(shù)檢測(cè)方案，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的控制器，評(píng)估控制系統(tǒng)的對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)安全和環(huán)境的影響。課程目標(biāo)2：能夠分析過(guò)程控制參數(shù)（如溫度、壓力、流量和物位等）的檢測(cè)原理、變送器原理、規(guī)格選型等，能有效獲取控制參數(shù)；能夠分析過(guò)程控制系統(tǒng)的特征，建立數(shù)學(xué)模型，分析系統(tǒng)的性能，選擇滿足系統(tǒng)性能指標(biāo)的檢測(cè)單元、執(zhí)行器和控制器，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案。課程目標(biāo)3：能夠分析過(guò)程檢測(cè)儀表的性能指標(biāo)對(duì)控制系統(tǒng)質(zhì)量的影響；能夠分析過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求，考慮環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)，設(shè)計(jì)符合節(jié)能降耗的過(guò)程控制系統(tǒng)。二、課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)權(quán)重3.4．能在自動(dòng)化相關(guān)的設(shè)計(jì)中，考慮安全、健康、法律、文化及環(huán)境等制約因素。課程目標(biāo)1H6.2.能分析和評(píng)價(jià)自動(dòng)化相關(guān)領(lǐng)域的工程實(shí)踐對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律、文化的影響，以及這些制約因素對(duì)項(xiàng)目實(shí)施的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。課程目標(biāo)2M7.1.知曉和理解環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的理念和內(nèi)涵，關(guān)注自動(dòng)化相關(guān)領(lǐng)域的方針政策和法律法規(guī)。課程目標(biāo)3H三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1理論教學(xué)序號(hào)教學(xué)內(nèi)容基本要求及重、難點(diǎn)（含德育要求）學(xué)時(shí)教學(xué)方式對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1概述講解過(guò)程控制系統(tǒng)的組成及分類、發(fā)展歷史、測(cè)量?jī)x表的性能指標(biāo)、控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)、儀表的測(cè)量方法、測(cè)量?jī)x表概念、儀表的性能指標(biāo)。基本要求：掌握過(guò)程控制系統(tǒng)的組成和分類，發(fā)展歷史，儀表的性能指標(biāo)；熟悉測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x表概念；了解儀表的防爆及防護(hù)知識(shí)。重點(diǎn)難點(diǎn)：過(guò)程控制系統(tǒng)的組成和分類；儀表的性能指標(biāo)。德育要求：社會(huì)責(zé)任。2集中講授課堂演示課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)32溫度測(cè)量?jī)x表講解溫度檢測(cè)儀表的基本知識(shí)、常用溫度變送器的結(jié)構(gòu)與原理、溫度測(cè)量?jī)x表選用與安裝?；疽螅赫莆諢犭娕紲囟扔?jì)測(cè)量原理、常用熱電偶冷端溫度處理的原理和方法，熱電阻溫度計(jì)測(cè)量原理；熟悉溫標(biāo)概念及膨脹式溫度計(jì)的測(cè)溫原理；了解其它測(cè)溫方法；了解溫度變送器的安裝及校準(zhǔn)；掌握兩線制變送器基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)難點(diǎn)：溫度參數(shù)測(cè)量的不同方法的原理。德育要求：細(xì)心細(xì)致6集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)33壓力測(cè)量講解壓力的概念及表示方法、常用壓力檢測(cè)方法、壓力和差壓變送器、壓力儀表選用、安裝及校驗(yàn)。基本要求：要求學(xué)生了解壓力檢測(cè)方法，熟悉常用彈性式壓力計(jì)的結(jié)構(gòu)及原理，掌握差壓變送器的簡(jiǎn)單原理，壓力儀表選用，安裝及校準(zhǔn)。重點(diǎn)難點(diǎn)：壓力參數(shù)測(cè)量原理。德育要求：實(shí)踐創(chuàng)新4集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)34流量測(cè)量講解流量的概念及流量計(jì)分類、常用流量檢測(cè)方法、差壓式流量計(jì)和電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)及原理?；疽螅赫莆詹顗菏搅髁坑?jì)電磁流量計(jì)，了解其它流量檢測(cè)方法。重點(diǎn)難點(diǎn)：流量參數(shù)測(cè)量原理。德育要求：團(tuán)隊(duì)合作4集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)35物位測(cè)量講解物位的概念及物位計(jì)分類、常用物位檢測(cè)方法、差壓式液位計(jì)和浮力式液位計(jì)的結(jié)構(gòu)及原理?；疽螅赫莆瘴镂坏母拍?，差壓式液位計(jì)結(jié)構(gòu)及原理，熟悉浮力式液位計(jì)的結(jié)構(gòu)及原理，了解其它物位檢測(cè)方法。重點(diǎn)難點(diǎn)：物位參數(shù)測(cè)量原理。德育要求：工匠精神2集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)36調(diào)節(jié)器與執(zhí)行器講解PID調(diào)節(jié)器、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和原理組成?；疽螅赫莆諝鈩?dòng)調(diào)節(jié)閥，熟悉PID調(diào)節(jié)器，電動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)及原理。重點(diǎn)難點(diǎn)：調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法和執(zhí)行器原理。德育要求：學(xué)以致用6集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)37單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)講解選擇被控參數(shù)和控制參數(shù)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的測(cè)量變送問(wèn)題、調(diào)節(jié)閥的選擇、調(diào)節(jié)器的選擇、單回路控制系統(tǒng)投運(yùn)、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定?；疽螅赫莆諉位芈房刂葡到y(tǒng)被控參數(shù)選擇的原理、調(diào)節(jié)閥選擇和調(diào)節(jié)器選擇原則，調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法，熟悉系統(tǒng)中的測(cè)量變送的實(shí)現(xiàn)。了解單回路控制系統(tǒng)的投運(yùn)流程。重點(diǎn)難點(diǎn)：調(diào)節(jié)閥選擇和調(diào)節(jié)器選擇。德育要求：環(huán)境安全6集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)38串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)討論串級(jí)控制系統(tǒng)應(yīng)用條件，講解串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與分析、串級(jí)控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用及實(shí)例、串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、串級(jí)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定?；疽螅赫莆沾?jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握串級(jí)控制的特點(diǎn)，掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，熟悉串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定。重點(diǎn)難點(diǎn)：串級(jí)控制的原理和特點(diǎn)。德育要求：節(jié)能降耗4集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)39前饋、比值、選擇控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)講解前饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析、比值控制系統(tǒng)分析、選擇控制系統(tǒng)分析?；疽螅赫莆涨梆伩刂啤⒈戎悼刂?、選擇控制等控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及原理。重點(diǎn)難點(diǎn)：各個(gè)控制方案特點(diǎn)及使用場(chǎng)合。德育要求：誠(chéng)信考試6集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3合計(jì)402實(shí)驗(yàn)教學(xué)序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求學(xué)時(shí)類型對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1溫度變送器校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：能運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)電阻箱，能使用三線制（PT100）溫度變送器，掌握溫度變送器校驗(yàn)方法，并掌握誤差計(jì)算和分析。實(shí)驗(yàn)要求：必修2驗(yàn)證課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)32壓力變送器校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：能運(yùn)用活塞壓力計(jì)，掌握壓力變送器校驗(yàn)方法，并掌握誤差計(jì)算和分析。實(shí)驗(yàn)要求：必修2驗(yàn)證課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)33單回路液位控制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：能運(yùn)用智能儀表實(shí)現(xiàn)單回路液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，掌握液位控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，完成PID參數(shù)整定，完成誤差計(jì)算和分析。實(shí)驗(yàn)要求：必修4驗(yàn)證課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)34流量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：能運(yùn)用智能儀表實(shí)現(xiàn)流量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，掌握流量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，完成PID參數(shù)整定，完成誤差計(jì)算和分析。實(shí)驗(yàn)要求：必修4驗(yàn)證課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)35溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：能運(yùn)用智能儀表實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，掌握溫度控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，完成PID參數(shù)整定，完成誤差計(jì)算和分析。實(shí)驗(yàn)要求：(5)、(6)、(7)選修（三選一）。4驗(yàn)證課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)36液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：能運(yùn)用智能儀表實(shí)現(xiàn)流量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，掌握流量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，掌握液位-流量串級(jí)控制參數(shù)整定。實(shí)驗(yàn)要求：(5)、(6)、(7)選修（三選一）。4設(shè)計(jì)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)37溫度-流量串級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：能運(yùn)用智能儀表實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，掌握溫度控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，掌握溫度-流量串級(jí)控制參數(shù)整定。實(shí)驗(yàn)要求：(5)、(6)、(7)選修（三選一）。4設(shè)計(jì)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3合計(jì)16注：實(shí)驗(yàn)要求包括必修、選修；實(shí)驗(yàn)類型包括演示、驗(yàn)證、綜合、設(shè)計(jì)等。四、課程教學(xué)方法1．理論教學(xué)以集中授課的形式為主，課內(nèi)交互討論為輔；2．實(shí)踐教學(xué)在專業(yè)實(shí)驗(yàn)中心完成，分組集中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師實(shí)時(shí)指導(dǎo)。五、學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)和課程考核學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)由課程實(shí)驗(yàn)、平時(shí)作業(yè)和期末閉卷考試三部分組成，其中課程實(shí)驗(yàn)和平時(shí)作業(yè)為平時(shí)考核，期末考試期終考核。（一）考核方式及具體要求1.課程成績(jī)構(gòu)成與要求考核內(nèi)容主要由平時(shí)作業(yè)、課程實(shí)驗(yàn)、期末考核組成，均按百分制計(jì)分，其中期末考核成績(jī)占50%、平時(shí)作業(yè)成績(jī)占20%、課程實(shí)驗(yàn)成績(jī)占30%。2.課程目標(biāo)達(dá)成考核與評(píng)價(jià)序號(hào)教學(xué)環(huán)節(jié)課程目標(biāo)1（分值）課程目標(biāo)2（分值）課程目標(biāo)3（分值）合計(jì)1平時(shí)作業(yè)848202課程實(shí)驗(yàn)12612305期末考試20102050課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)分值402040100注：(1)考勤不加分，但曠課1次扣平時(shí)分1分，扣滿5分為止；(2)期末總成績(jī)不能低于50分；低于50分者，其總評(píng)成績(jī)?yōu)椴患案?。（二）考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)1.平時(shí)作業(yè)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)成績(jī)平時(shí)以優(yōu)、良、中、及格、不及格五個(gè)等級(jí)登記，期末時(shí)折算為百分制計(jì)入總分。等級(jí)觀測(cè)點(diǎn)優(yōu)（90-100分）良（80-89分）中（70-79分）及格（60-69分）不及格（0-59分）作業(yè)能夠很好地應(yīng)用過(guò)程控制理論分析系統(tǒng)性能，完成儀表選型，按時(shí)完成，解答答案正確或合理，字跡工整，完成質(zhì)量高。能夠較好應(yīng)用過(guò)程控制理論分析系統(tǒng)性能，完成儀表選型，解答答案基本正確或合理，字跡工整，完成質(zhì)量較高。能夠應(yīng)用過(guò)程控制理論分析系統(tǒng)性能，完成儀表選型，解答答案大部分正確或合理，字跡比較工整，完成質(zhì)量一般。能夠大部分應(yīng)用過(guò)程控制理論分析系統(tǒng)性能，完成儀表選型，計(jì)算、解答答案錯(cuò)誤較多，字跡基本工整，完成質(zhì)量尚可。能夠小部分應(yīng)用過(guò)程控制理論分析系統(tǒng)性能，完成儀表選型，計(jì)算、解答答案錯(cuò)誤較多或者不答，字跡潦草，完成質(zhì)量差，或有抄襲行為。2.課程實(shí)驗(yàn)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)課程實(shí)驗(yàn)成績(jī)平時(shí)以優(yōu)、良、中、及格、不及格五個(gè)等級(jí)登記，期末時(shí)折算為百分制計(jì)入總分。等級(jí)觀測(cè)點(diǎn)優(yōu)（90-100分）良（80-89分）中（70-79分）及格（60-69分）不及格（0-59分）課程實(shí)驗(yàn)?zāi)芨鶕?jù)要求搭建實(shí)驗(yàn)裝置，圓滿完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，準(zhǔn)確處理獲得的數(shù)據(jù)，體現(xiàn)出優(yōu)秀的系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)能力。能根據(jù)要求搭建實(shí)驗(yàn)裝置，自行完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，較為準(zhǔn)確處理獲得的數(shù)據(jù)，具有較好的系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)能力。能根據(jù)要求搭建實(shí)驗(yàn)裝置，自行完成大部分實(shí)驗(yàn)任務(wù)，能處理獲得的數(shù)據(jù)，具有一定的系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)能力。能根據(jù)要求完成部分實(shí)驗(yàn)任務(wù)，系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)能力較弱，處理數(shù)據(jù)能力一般。無(wú)法根據(jù)要求完成部分實(shí)驗(yàn)任務(wù)，不具備系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)能力。3.期末試卷考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測(cè)點(diǎn)90-100分80-89分70-79分60-69分0-59分期末考試過(guò)程控制及儀表基本概念描述準(zhǔn)確，計(jì)算準(zhǔn)確。準(zhǔn)確分析計(jì)算變送器量程、誤差等參數(shù)，準(zhǔn)確選擇控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備。準(zhǔn)確建立過(guò)程控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，準(zhǔn)確分析控制系統(tǒng)參數(shù)，選擇合適控制方案。設(shè)計(jì)考慮安全、環(huán)境等因素，符合法律法規(guī)。過(guò)程控制及儀表基本概念描述較準(zhǔn)確，計(jì)算較準(zhǔn)確。較準(zhǔn)確分析計(jì)算變送器量程、誤差等參數(shù)，準(zhǔn)確選擇控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備。較準(zhǔn)確建立過(guò)程控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，較準(zhǔn)確分析控制系統(tǒng)參數(shù)，選擇合適控制方案。設(shè)計(jì)考慮安全、環(huán)境等因素，符合法律法規(guī)。過(guò)程控制及儀表基本概念描述基本準(zhǔn)確，計(jì)算準(zhǔn)確。分析計(jì)算變送器量程、誤差等參數(shù)基本準(zhǔn)確，選擇控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備基本準(zhǔn)確。建立過(guò)程控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，準(zhǔn)確分析控制系統(tǒng)參數(shù)基本準(zhǔn)確，選擇較合適控制方案。設(shè)計(jì)考慮安全、環(huán)境等因素，符合法律法規(guī)。過(guò)程控制及儀表基本概念描述大部分準(zhǔn)確，計(jì)算大部分準(zhǔn)確。分析計(jì)算變送器量程、誤差等參數(shù)大部分準(zhǔn)確，選擇控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備大部分準(zhǔn)確。建立過(guò)程控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，準(zhǔn)確分析控制系統(tǒng)參數(shù)大部分準(zhǔn)確，選擇基本準(zhǔn)確控制方案。設(shè)計(jì)考慮基本安全、環(huán)境等因素，基本符合法律法規(guī)。過(guò)程控制及儀表